超高分子量聚乙烯粉体挤出棒坯及其分段车削成膜工艺的制作方法

本发明涉及功能塑料薄膜技术领域，尤其是一种超高分子量聚乙烯粉体挤出棒坯及其分段车削成膜工艺。

背景技术：

超高分子量聚乙烯(英文名ultra-highmolecularweightpolyethylene，缩写为uhmw-pe或upe)是一种线型结构的具有优异综合性能的热塑性工程塑料，分子量在150万以上的无支链的线性聚乙烯，其热变形温度(0.46mpa)85℃，熔点130～136℃,能够达到其它聚合物所不具备的耐冲击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能，而且，超高分子量聚乙烯的耐低温性能特别优异，在-40℃时仍具有较高的冲击强度，甚至在-269℃下仍能使用。超高分子量聚乙烯的密度只有0.94克/立方厘米，在国际上被称为“令人惊异的材料”。20世纪80年代国外就对超高分子量聚乙烯产品开始研究并应用，2007年以后中国才逐步成为世界工程塑料的加工厂，超高分子量聚乙烯产业也得到了迅速的发展。

由于超高分子量聚乙烯的分子量在150万以上时熔融状态的粘度高，流动性差，其熔体指数几乎为零，当分子量超过400万时，更难用一般的机械加工方法进行加工。近年来超高分子量聚乙烯的加工技术得到了迅速发展，通过对普通加工设备的改造，使超高分子量聚乙烯由最初的压制-烧结成型发展为挤出和注射成型方法。与其它工程塑料相比，超高分子量聚乙烯具有表面硬度和热变形温度低、弯曲强度以及蠕变性能较差等缺点。这是由于超高分子量聚乙烯的分子结构和分子聚集形态造成的，可通过填充和交联的方法加以改善。

目前，超高分子量聚乙烯薄膜的制造通常有压制、烧结、车削和拉伸等方法，现有的聚乙烯车削薄膜是通过厚板材机械加工成圆柱形的坯料或模压、烧结成圆柱形的坯料，然后采用车削方法将坯料车削成薄膜。模压成型的生产工艺受到模具大小和结构的限制，使得超高分子量聚乙烯坯料以及薄膜的尺寸受到限制，不能满足现有产品对超薄宽幅薄膜的加工要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种超高分子量聚乙烯粉体挤出棒坯及其分段车削成膜工艺。本发明挤出棒坯是通过专用挤出机及自己设计的厚壁管成型模具，在国内首次制成了中空结构的圆柱形厚壁棒坯，棒坯色泽均匀、无孔屑或气泡洞。棒坯分段后车削成的薄膜厚薄均匀、不卷翘，具有超薄和宽幅的优点，能够满足市场对超高分子量聚乙烯薄膜的新要求。

本发明的目的是通过采用以下技术方案来实现的：

超高分子量聚乙烯粉体挤出棒坯分段车削成膜工艺，包括以下步骤：

(1)原料过筛：将超高分子量聚乙烯粉体原料通过高速混合机进行捣碎、混合、搅拌，然后采用60目的振动筛进行过筛，得到聚乙烯备用料；

(2)棒坯制作：将上述超高分子量聚乙烯备用料通过专用挤出机及自己设计的厚壁管成型模具制成中空结构的圆柱形厚壁棒坯；将棒坯放在25℃至55℃的环境中存放15小时至24小时，消除棒坯的内应力；

(3)分段切割：根据薄膜加工尺寸要求对上述步骤所得棒坯进行分段切割；

(4)车削或旋切：将步骤(3)分段切割所得棒坯放入100℃到120℃的烘箱中进行预热，保持温度2小时至5小时，使棒坯的内、外温度一致，在棒坯的中心孔中压入或拉入外表面设有梯形齿的专用芯棒后，用起重机械吊起并安装到高精度数控车床或旋切机上，采用硬质合金刀按设定薄膜的厚度对棒坯进行车削或旋切；

(5)薄膜收卷：采用带有平衡辊的收卷装置与上述高精度数控车床或旋切机相组合,收卷装置的预应力可以进行设定，通过调节驱动装置的转矩获得合适的收卷力,来对薄膜进行张紧和收卷，并通过张紧装置依次连接转向辊、舒展辊和收卷站，将切削好的薄膜通过收卷站缠绕到收卷管上。

作为本发明的优选技术方案，所述步骤(1)的聚乙烯是分子量为400万至1050万的超高分子量聚乙烯，其密度为0.93g/cm³～0.96g/cm³。

作为本发明的优选技术方案，所述步骤(1)还包括颜料或填料的过筛，将颜料或填料用140目的振动筛进行过筛，然后与过筛后的聚乙烯料进行混合、搅拌，得到聚乙烯混合备用料。

作为本发明的优选技术方案，所述步骤(2)的专用挤出机是单螺杆或双螺杆超高分子量聚乙烯专用挤出机，其螺杆直径为60mm～90mm，长径比为(25～30):1。

作为本发明的优选技术方案，所述步骤(3)的棒坯外表面设有刻度线。

一种超高分子量聚乙烯粉体挤出成型的中空棒坯，所述棒坯设为中空圆柱形结构，棒坯的长度为4m～6m，其外径为200mm～300mm，内径为70mm～110mm，壁厚为130mm～190mm。

作为本发明的优选技术方案，所述棒坯的外表面设有刻度线。

作为本发明的优选技术方案，所述棒坯的中心孔中设有内芯，所述内芯包括不限于金属芯棒、轴或芯管，从而构成超高分子量聚乙烯皮带辊或导轮。

作为本发明的优选技术方案，所述棒坯的外表面设有齿形结构，从而构成超高分子量聚乙烯齿轮。

作为本发明的优选技术方案，所述棒坯的材料是分子量为400万至1050万的超高分子量聚乙烯，其密度为0.93g/cm³～0.96g/cm³。

本发明的有益效果是：相对于现有技术，本发明采用单螺杆或双螺杆专用挤出机及自己设计的厚壁管成型模具挤出获得超高分子量聚乙烯棒坯，然后对棒坯进行分段、车削成膜，获得超薄宽幅的超高分子量聚乙烯薄膜。本发明取消了传统的板材机械加工成圆柱形的坯料或模压、烧结成圆柱形的坯料车削成膜的工艺，克服了传统车削薄膜宽度不超过700毫米的缺陷，同时薄膜的厚度也有所降低，能够满足市场对超高分子量聚乙烯薄膜的基本要求。

本发明通过采用全新的工艺和装备，得到超高分子量聚乙烯中空棒坯长4m～6m，棒坯内壁材料均匀、无孔屑或气泡洞。可以分段切割成多种规格尺寸的坯料，棒坯分段后车削成的薄膜色质均匀，使得车削薄膜的宽度足够满足各类产品的要求。相比板材机械加工成圆柱形的坯料或模压、烧结成圆柱形的坯料车削成膜的工艺，本发明生产效率及利用率大幅度提高，薄膜宽度范围进一步扩大，宽度为5毫米至1500毫米；由于棒坯的壁厚为130mm～190mm，可以车削成足够长度的薄膜；并且薄膜的色泽均匀、厚薄均匀、不卷翘，能够满足市场对超高分子量聚乙烯薄膜不断增长的超薄和宽幅新要求。

附图说明

图1是本发明棒坯的结构示意图。

图2是本发明棒坯车削成膜的结构示意图。

图中：1、棒坯，2、中心孔，3、薄膜，4、芯棒。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明：

实施例一

超高分子量聚乙烯粉体挤出棒坯分段车削成膜工艺，包括以下步骤：

(1)原料过筛：将超高分子量聚乙烯粉体原料通过高速混合机进行捣碎、混合、搅拌，然后采用60目的振动筛进行过筛，得到超高分子量聚乙烯备用料；

(2)棒坯制作：将上述超高分子量聚乙烯备用料通过专用挤出机制成中空结构的圆柱形棒坯；将棒坯放在25℃至55℃的环境中存放15小时至24小时，消除棒坯的内应力；

(3)分段切割：根据薄膜加工尺寸要求对上述步骤所得棒坯进行分段切割；

(4)车削或旋切：将步骤(3)分段切割所得棒坯放入100℃到120℃的烘箱中进行预热，保持温度2小时至5小时，使棒坯的内、外温度一致，在棒坯的中心孔中压入或拉入外表面设有梯形齿的专用芯棒后，用起重机械吊起并安装到高精度数控车床或旋切机上，采用硬质合金刀按设定薄膜的厚度对棒坯进行车削或旋切；

(5)薄膜收卷：采用带有平衡辊的收卷装置与上述高精度数控车床或旋切机相组合,收卷装置的预应力可以进行设定，通过调节驱动装置的转矩获得合适的收卷力,来对薄膜进行张紧和收卷，并通过张紧装置依次连接转向辊、舒展辊和收卷站，将切削好的薄膜通过收卷站缠绕到收卷管上。

本实施例中，所述步骤(1)的超高分子量聚乙烯是分子量为400万至1050万，其密度为0.93g/cm³～0.96g/cm³。所述步骤(1)还包括颜料或填料的过筛，将颜料或填料用140目的振动筛进行过筛，然后与过筛后的聚乙烯料进行混合、搅拌，得到聚乙烯混合备用料。

所述步骤(2)的专用挤出机是单螺杆或双螺杆超高分子量聚乙烯专用挤出机，其螺杆直径为60mm～90mm，长径比为(25～30):1，本实施例优选螺杆直径为65mm，长径比为26:1。所述步骤(3)的棒坯外表面设有刻度线，从而便于对棒坯进行分段和切割。

实施例二

如图1和图2所示，一种超高分子量聚乙烯粉体挤出成型的中空棒坯，所述棒坯1设为中空圆柱形结构，棒坯1的中心是中心孔2，棒坯1的长度为4m～6m，其外径为200mm～300mm，内径为70mm～110mm，壁厚为130mm～190mm。棒坯1的材料是分子量为400万至1050万的超高分子量聚乙烯，其密度为0.93g/cm³～0.96g/cm³。

本实施例中，所述棒坯1的外表面设有刻度线，从而便于对棒坯进行分段和切割。将棒坯1经车削或旋切加工得到超高分子量聚乙烯薄膜3，所述薄膜3的厚度大于等于0.03毫米，小于等于5.0毫米；薄膜3的宽度大于5毫米，小于等于1500毫米

所述棒坯1的壁厚为130mm～190mm，可以车削成足够长度的薄膜。

作为另一种实施方式，所述棒坯1的中心孔2的大小应满足外表面设有梯形齿的专用芯棒4的紧配合用。本发明还有多种实施方式，例如，将所述棒坯1分段切割后，加工制成外表面设有齿形结构的齿轮，或者加工成其它形状的导轮、衬套、罗拉、皮带托辊等厚壁形耐磨零件。

上述实施例仅限于说明本发明的构思和技术特征，其目的在于让本领域的技术人员了解发明的技术方案和实施方式，并不能据此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明技术方案所作的等同替换或等效变化，都应涵盖在本发明权利要求书的保护范围之内。